Optimization of Total Arc Degree for Stereotactic Radiotherapy by Using Integral Biologically Effective Dose and Irradiated Volume

정위방사선치료 시 적분 생물학적 유효선량 및 방사선조사용적을 이용한 Total Arc Degree의 최적화

Purpoe : To find the optimal values of total arc degree to protect the normal brain tissue from high dose radiation in stereotactic radiotherapy planning. Methods and Materials : With Xknife-3 planning system & 4 MV linear accelerator, the authors planned under various values of parameters. One isocenter, 12, 20, 30, 40, 50, and 60 mm of collimator diameters, $100^{\circ},\;200^{\circ},\;300^{\circ},\;400^{\circ}C,\;500^{\circ},\;600^{\circ}$ or total arc degrees, and $30^{\circ}\;or\;45^{\circ}$ or arc intervals were used. After the completion of planning, the plans were compared each other using $V_{50}$ (the volume of normal brain that is delivered high dose radiation) and integral biologically effective dose. Results : At $30^{\circ}$ of arc interval, the values of $V_{50}$ had the decreased pattern with the increase of total arc degree in any collimator diameter. At 45 arc interval, up to $400^{\circ}$ of total arc degree, the values of $ V_{50}$ decreased with the increase of total arc degree, but at $500^{\circ}\;and\;600^{\circ}$ of total arc degrees, the values increased. At $30^{\circ}$ of arc interval, integral biologically effective dose showed the decreased pattern with the increase of total arc degree in any collimator diameter. At $45^{\circ}$ arc interval with less than 40 mm collimator diameter, the integral biologically effective dose decreased with the increase of total arc degree, but with n and n mm or collimator diameters, up to $400^{\circ}$ or total arc degree, integral biologically effective dose decreased with the increase of total arc degree, but at $500^{\circ}\;and\;600^{\circ}$ of total arc degrees, the values increased. Conclusion : In the stereotactic radiotherapy planning for brain lesions, planning with $400^{\circ}$ of total arc degree is optimal. Especially, when the larger collimator more than 50 mm diameter should be used, the uses of $500^{\circ}\;and\;600^{\circ}$ of total arc degrees make the increase of$V_{50}$ and integral biologically effective dose. Therefore stereotactic radiotherapy planning using $400^{\circ}$ of total arc degree can increase the therapeutic ratio and produce the effective outcome in the management of personal and mechanical sources in radiotherapy department.

목적 : 정위방사선치료 시 정상 뇌 조직을 고선량의 방사선으로부터 최대한 보호하며 치료의 효율성을 높이기 위하여 치료 인자 중 콜리메이터의 크기와 arc 간 간격에 따른 이상적인 total arc degree (TAD) 값을 제시하고자 한다. 대상 및 방법 : XKnife-3 planning system을 사용하여 환자의 송과체 부위에 방사선 빔의 회전중심점을 위치시킨 후 12, 20, 30, 40, 50 그리고 60 mm 직경의 정위방사선치료용 원형 콜리메이터를 이용하여 각각의 콜리메이터 직경별로 TAD를 100, 200, 300, 400, 500, 600도, 그리고 arc 간 간격을 30도(6-arc system)와 45도(4-arc system)로 설정하여 방사선치료계획을 수립하였다. 치료계획을 통해 얻은 누적선량체적히스토그람을 이용하여 회전중심점 처방선량의 $50\%$ 이상 조사되는 정상 뇌의 용적$(V_{50})$ 및 적분 생물학적 유효선량(integral biologically effective dose)을 이용하여 각각의 TAD에 따른 방사선치료계획을 비교하였다. 결과 : TAD에 따른 $V_{50}$의 변화는 arc 간 각도가 30도인 경우에는 콜리메이터 직경과 관계없이 TAD가 증가할수록 감소하는 양상을 보였으나, 45도의 arc 간 각도에서는 400도의 TAD까지는 감소하다가 400도 이상의 TAD에서 $V_{50}$은 증가하거나 변화가 없었다. 적분 생물학적 유효선량 값의 변화는 arc 간 간격이 30도인 경우에는 콜리메이터의 직경에 관계없이 TAD가 증가함에 따라 미소하게 감소하는 양상을 보였다. arc 간 각도가 45도인 경우에는 콜리메이터 직경이 40 mm 이하에서는 TAD가 증가함에 따라 적분 생물학적 유효선량은 계속 감소하였으나, 50 mm와 60 mm 직경의 콜리메이터에서는 TAD가 400도까지는 감소하다가 500도 이상의 TAD에서는 증가하였다. 결론 : 정위방사선치료 시 400도 정도의 TAD를 사용하는 것은 300도 이하 혹은 500도 이상의 TAD를 사용하는 것 보다 치료 효과를 높이면서 치료계획과 치료 시 장비 및 인적 자원의 효율적인 운용을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.